一种稻田土壤镉砷同步钝化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种稻田土壤镉砷同步钝化剂及其制备方法与应用。该钝化剂从内到外含有三层结构，每层具有独立的包衣膜；其中，最内层为氢离子化学消耗剂，中间层为反应加速器腐殖质类物质，最外层为成矿前驱物；所述的氢离子化学消耗剂为硝酸盐和过氧化物；所述的反应加速器腐殖质类物质为泥炭土、胡敏酸、富里酸、胡敏素、黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸中的一种或两种以上；所述的成矿前驱物为还原性铁粉、亚铁盐和/或固体亚铁矿物。本发明专利技术中制得的三层膜结构的镉砷同步钝化剂，各个有效组份可以缓慢释放到土壤中充分协同发挥功效，避免了这些组分剧烈反应或团聚，提高了钝化效率，可有效降低稻米重金属镉砷含量，实现中轻度污染稻田的达标生产。

Cadmium and arsenic synchronous passivating agent for paddy soil and its preparation method and Application

The invention discloses a cadmium and arsenic synchronous passivating agent for paddy soil, and a preparation method and application thereof. The passivator has three layers of structure from inside to outside, each layer has an independent coating film; the inner layer is hydrogen ion chemical consuming agent, the middle layer is reaction accelerator humic substance, and the outer layer is mineralization precursor; the hydrogen ion chemical consuming agent is nitrate and peroxide; and the reaction accelerator humic substance. The qualitative material is one or more of peat soil, humic acid, fulvic acid, humin, fulvic acid, Brown humic acid and black humic acid, and the ore-forming precursor is reduced iron powder, ferrous salt and/or solid ferrous ore. The cadmium and arsenic simultaneous passivator with three-layer membrane structure prepared in the invention can be slowly released into the soil to fully synergize the effect, avoid the violent reaction or agglomeration of these components, improve the passivation efficiency, effectively reduce the content of heavy metal cadmium and arsenic in rice, and realize the standard production of moderately and mildly Polluted Paddy fields.

【技术实现步骤摘要】
一种稻田土壤镉砷同步钝化剂及其制备方法与应用
本专利技术属于环保领域，特别涉及一种稻田土壤镉砷同步钝化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
砷和镉都是毒性较强的元素，过量的砷和镉都会对动植物生长甚至人体健康造成不良影响。近年来，稻米砷镉复合污染给人体健康造成的风险已受到广泛关注。2014年环境保护部和国土资源部发布《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土镉、砷的点位超标率分别为7.0％、2.7％，以轻微、轻度污染为主。稻田镉、砷污染较旱地突出，这是因为淹水条件下砷易于被还原成毒性更强的三价砷，且水稻是一种易于吸收积累镉和砷的农作物；而水稻又是我国第一大粮食作物，全国60％以上的人口以稻米为主食(Liao等，2005)。因此，研究如何控制水稻镉、砷吸收，抑制镉、砷通过食物链进入人体有着重要的现实意义。土壤理化性质是影响重金属生物有效性的关键因素。其中土壤pH是影响镉形态的关键因素之一。通常情况下随着pH升高，土壤中镉的活性和生物有效性越低。这主要是因为，通常在较高的pH下，土壤溶液中多价阳离子和氢氧根离子的离子积增大，因而生成Cd(OH)2沉淀的机会增大，而这些沉淀也增大了土壤对镉的吸附力；同时较高pH下还可以降低H+与Cd2+之间的竞争吸附(Yin等，2002；张会民等，2005)。因此土壤pH通常与镉有效性呈负相关关系。然而在红壤环境中，As的吸附量随着体系pH值的增大而减少。当体系pH＝3.5-7.5时，随着pH的升高，红壤对As的吸附量逐渐降低，当体系pH>7.5时，红壤对As的吸附量降低幅度很大。吸附曲线出现在红壤的等电点(8.5)附近。因此，自然环境中随着土壤pH的上升，土壤中As活性有升高的趋势。单纯通过调控土壤pH，特别是通过碱性试剂来调控pH往往会使得土壤镉活性降低，同时砷活性却升高。因此，简单的基于酸碱中和的碱性钝化剂(如石灰、磷矿石、钙镁磷肥等)无法达到同步钝化土壤镉砷复合污染的目的。零价铁和亚铁材料往往被用来作为修复材料来修复受重金属污染土壤，特别是用于受Cr污染土壤。因为零价铁和亚铁具有较强的还原能力可以将毒性较高的六价铬还原为毒性较弱的三价铬；这一过程中生成的铁氧化物(或铁氢氧化物)对铬具有较强的吸附络合能力。同时零价铁在土壤溶液中会发生产氢反应而消耗氢离子，从而有利于土壤中铁氧化物等矿物的生成，也有利于阳离子型重金属离子的稳定和钝化。而亚铁离子和铁离子在有氧条件下会产生芬顿反应从而氧化固定砷。但是单纯的纳米零价铁和亚铁在土壤中易于团聚和被氧化，往往施用后很短时间内就不再起作用，也不能最大发挥效率。如专利技术专利CN201710243623.5利用秸秆和铁盐制备的生物炭材料治理重金属污染土壤的用量达到22.5-67.5t/hm2时，才能发挥钝化镉砷的效果。而专利CN201710413193.7利用过磷酸钙、针铁矿、腐殖酸等复合材料制备的钝化剂施用量达到土壤质量的5％时，才能有效钝化土壤铅、镉、砷污染(一亩耕地表层土壤按30万t，计算则使用量22.5t/hm2)。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种稻田土壤镉砷同步钝化剂。该钝化剂可以加速土壤中铁氧化物的氧化-还原过程，从而促进其生物二次成矿过程，促进砷镉的同步固定和钝化。本专利技术的另一目的在于提供所述稻田土壤镉砷同步钝化剂的制备方法。本专利技术的又一目的在于提供所述稻田土壤镉砷同步钝化剂的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种稻田土壤镉砷同步钝化剂，该钝化剂从内到外含有三层结构，每层具有独立的包衣膜；其中，最内层为氢离子化学消耗剂，中间层为反应加速器腐殖质类物质，最外层为成矿前驱物。所述的氢离子化学消耗剂、反应加速器腐殖质类物质和成矿前驱物的质量比为1:8～30:1～10。所述的氢离子化学消耗剂为能在土壤溶液中发生氧化-还原反应、在自身被还原过程中消耗氢离子的化学试剂；优选为硝酸盐和过氧化物；更优选为硝酸盐和过氧化物按质量比2～5：1配比得到的混合物。所述的硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁、硝酸铁和硝酸钙中的一种或两种以上。所述的过氧化物为过氧化钙、过氧化尿素和过氧化锌中的一种或两种以上。所述的反应加速器腐殖质类物质为泥炭土、胡敏酸(HA)、富里酸(FA)、胡敏素、黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸中的一种或两种以上。所述的成矿前驱物为还原性铁粉、亚铁盐和/或固体亚铁矿物；优选为还原性铁粉、亚铁盐和固体亚铁矿物的混合物；更优选为还原性铁粉和固体亚铁矿物按质量比1：1～5配比得到的混合物；最优选为还原性铁粉和固体亚铁矿物按质量比1：2.5配比得到的混合物。所述的固体亚铁矿物为菱铁矿、蓝铁矿、硫铁矿和磁铁矿中的一种或两种以上。所述的包衣膜由包衣材料(碱性包衣材料)构成，所述的包衣材料为依据申请号为201610071104.0、名称为“一种缓释型铁基生物炭土壤重金属钝化剂的制备及使用方法”的中国专利申请中的实施例1制备得到。所述的稻田土壤镉砷同步钝化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将氢离子化学消耗剂，加入粘结剂和水混合均匀，造粒并干燥，得到氢离子消耗剂芯材；(2)将步骤(1)中得到的氢离子消耗剂芯材用包衣材料进行包衣，得到造粒后的氢离子消耗剂；(3)将步骤(2)中得到的造粒后的氢离子消耗剂和反应加速器腐殖质类物质混合，再加入粘结剂和水混合均匀，造粒并干燥，得到内层氢离子消耗剂和中层反应加速器芯材；(4)将步骤(3)中得到的内层氢离子消耗剂和中层反应加速器芯材用包衣材料进行包衣，得到两层结构物(两层结构的内层氢离子消耗剂和中层反应加速器)；(5)将步骤(4)中得到的两层结构物和成矿前驱物混合，再加入粘结剂和水混合均匀，造粒并干燥，得到三层结构的镉砷同步钝化剂芯材；(6)将步骤(5)中得到的三层结构的镉砷同步钝化剂芯材用包衣材料进行包衣，得到稻田土壤镉砷同步钝化剂(具三层膜结构的镉砷同步钝化剂)。步骤(1)中所述的氢离子消耗剂芯材的粒径大小为2.5～3.5mm。步骤(1)中所述的粘结剂的添加量相当于氢离子化学消耗剂的3～5％(w/w)。步骤(1)中所述的水的添加量相当于氢离子化学消耗剂的50～60％(w/w)。步骤(1)、(3)和(5)中所述的粘结剂优选为生物淀粉。所述的生物淀粉为玉米粉、红薯粉、马铃薯粉和木薯粉中的一种或两种以上。步骤(2)中所述的氢离子消耗剂芯材和包衣材料的质量体积比为1:0.3～1.2。步骤(2)、(4)和(6)中所述的用包衣材料进行包衣形成的包膜的厚度为0.5～1mm。步骤(3)中所述的粘结剂的添加量相当于反应加速器腐殖质类物质的3～5％(w/w)。步骤(3)中所述的水的添加量相当于反应加速器腐殖质类物质的50～60％(w/w)。步骤(3)中所述的内层氢离子消耗剂和中层反应加速器芯材的粒径大小为4.5～6.5mm。步骤(3)中所述的氢离子消耗剂和反应加速器类腐殖质物质按质量比1:8～30进行配比。步骤(4)中所述的内层氢离子消耗剂和中层反应加速器芯材和包衣材料按质量体积比1:0.3～1.2进行配比。步骤(5)中所述的粘结剂的添加量相当于成矿前驱物的3～5％(w/w)。步骤(5)中所述的水的添加量相当于成矿前驱物的50～60％(w/w)。步骤(5)中所述的两层结构的内层氢离子消耗剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稻田土壤镉砷同步钝化剂，其特征在于：所述钝化剂从内到外含有三层结构，每层具有独立的包衣膜；其中，最内层为氢离子化学消耗剂，中间层为反应加速器腐殖质类物质，最外层为成矿前驱物；所述的氢离子化学消耗剂为硝酸盐和过氧化物；所述的反应加速器腐殖质类物质为泥炭土、胡敏酸、富里酸、胡敏素、黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸中的一种或两种以上；所述的成矿前驱物为还原性铁粉、亚铁盐和/或固体亚铁矿物。

【技术特征摘要】
1.一种稻田土壤镉砷同步钝化剂，其特征在于：所述钝化剂从内到外含有三层结构，每层具有独立的包衣膜；其中，最内层为氢离子化学消耗剂，中间层为反应加速器腐殖质类物质，最外层为成矿前驱物；所述的氢离子化学消耗剂为硝酸盐和过氧化物；所述的反应加速器腐殖质类物质为泥炭土、胡敏酸、富里酸、胡敏素、黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸中的一种或两种以上；所述的成矿前驱物为还原性铁粉、亚铁盐和/或固体亚铁矿物。2.根据权利要求1所述的稻田土壤镉砷同步钝化剂，其特征在于：所述的氢离子化学消耗剂、反应加速器腐殖质类物质和成矿前驱物的质量比为1:8～30:1～10。3.根据权利要求1所述的稻田土壤镉砷同步钝化剂，其特征在于：所述的氢离子化学消耗剂为硝酸盐和过氧化物按质量比2～5：1配比得到的混合物；所述的硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁、硝酸铁和硝酸钙中的一种或两种以上；所述的过氧化物为过氧化钙、过氧化尿素和过氧化锌中的一种或两种以上。4.根据权利要求1所述的稻田土壤镉砷同步钝化剂，其特征在于：所述的成矿前驱物为还原性铁粉和固体亚铁矿物按质量比1：1～5配比得到的混合物；所述的固体亚铁矿物为菱铁矿、蓝铁矿、硫铁矿和磁铁矿中的一种或两种以上。5.权利要求1～4任一项所述的稻田土壤镉砷同步钝化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氢离子化学消耗剂，加入粘结剂和水混合均匀，造粒并干燥，得到氢离子消耗剂芯材；(2)将步骤(1)中得到的氢离子消耗剂芯材用包衣材料进行包衣，得到造粒后的氢离子消耗剂；(3)将步骤(2)中得到的造粒后的氢离子消耗剂和反应加速器腐殖质类物质混合，再加入粘结剂和水混合均匀，造粒并干燥，得到内层氢离子消耗剂和中层反应加速器芯材；(4)将步骤(3)中得到的内层氢离子消耗剂和中层反应加速器芯材用包衣材料进行包衣，得到两层结构物；(5)将步骤(4)中得到的两层结构物和成矿前驱物混合，再加入粘结剂和水混合均匀，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李芳柏，刘传平，
申请(专利权)人：中向旭曜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32